完美版 GK 110 雙卡串連決戰 4K：規格一次給足，Maxwell 核心 2014 到位

從最初GK 104到現在的GK 110，想想Kepler架構也經歷了1年多的時光。Kepler與Fermi架構相同，完整架構的版本都在後期才現身，這次NVIDIA對付R9 290X的方案就是規格更完整的GTX 780 Ti。GTX 780 Ti可不是簡單的超頻版，它擁有比GTX TITAN更完善的架構設計，亦大於先前的頂級卡GTX 780，是Kepler家族中最頂級的版本。在相同製程、核心架構的前提下，GPU的核心面積應該完全相同。Kepler架構中，GTX 780 Ti使用的是GK 110-425-B1核心，GTX TITAN的GPU型號是GK 110-400-A1，先前的頂級卡GTX 780則是GK 110-300-A1。前者核心面積為533m㎡，後兩者則是551m㎡。應該是B1版本對於某些電路最佳化，導致核心面積不同。最初不推出完全版本，一方面可能是市場與戰略考量，二來更可能的原因是功耗與廢熱的因素所致。推出GTX 780 Ti之前，繪圖領域的Quadro K6000就先使用完整GK 110核心，這顆GPU已經經過了一段時間的考驗，功耗與廢熱應該不是太大的問題。然而GTX 780 Ti上市後傳出零星的燒卡災情，後來發現是有廠商為了節省成本等因素，直接套用GTX 780的PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）所致。兩者雖然規格相似，但使用的PCB與用料有些微差別，也因為這微幅的差異，導致供電出問題燒了顯卡，也還好與GPU設計無關，否則召回顯卡可就不是好玩的事情了。GK 110家族眾多，從繪圖領域的Quadro到高速運算的Tesla，最後則是遊戲領域的GeForce全都看得到。這次GTX 780 Ti搭載的GK 110-425-B1核心，內有2880個CUDA Core，也就是過去我們簡稱為SP的Streaming Processor，是GPU內最基本的運算單位，GK 110-425-B1是NVIDIA目前規模最龐大的GPU。▲比特幣（Bitcoin簡稱BTC）是種使用者自製的加密電子貨幣，可透過電子貨幣交易所、服務商、個人等方式換取實體貨幣，也可以購買服務或實體產品。比特幣可透過P2P網路完成特定的數學運算產生，也就是俗稱的挖礦。每4年產生的比特幣數量會減半，最終發行量趨近於21000000個位元幣。目前比特幣匯率約可讓1位元幣兌換到新台幣23618元，也有業者推出實體的貨幣，圖是Casascius發行的1位元幣。（圖片來源：Wikipedia）GPU架構設計上，都是先設計最完美的版本，再逐步精簡成各等級的GPU。GTX 780 Ti內有15組SMX（Streaming Multiprocessor），每組SMX底下包含192個我們剛剛提到的單精度（Single Precision）CUDA Core，另有64個雙精度（Double Precision）單元、32個特殊功能（Special Function）單元，最後則是32個載入/儲存（Load/Store）單元。從SMX的內容來看，不難想像SMX的數目多寡會直接影響GPU的運算能力。GTX 780 Ti擁有15組SMX、GTX TITAN則有14組、僅有13組SMX的GTX 780位居最後。GTX 780 Ti畢竟是遊戲卡而非高速運算卡，即便有著比GTX TITAN還要龐大的核心規模，但在各方面的限制下，雙精度運算仍不如GTX TITAN。從驅動程式頁面中，GTX TITAN有個開啟雙精度的選項，開啟後可大幅提升雙精度運算效能。GTX 780或是這次的GTX 780 Ti，驅動程式頁面仍沒有雙精度的選項，可想而知即便核心內有960個雙精度運算單元，但在官方刻意限制下，仍無法發揮應有的效益。不過雙精度運算對於一般人並沒有用處，最有可能的大概只有用GPU挖比特幣（Bitcoin）這件事了。支援這次我們找來Battelfield 4做為4K解析度的測試遊戲，實測過程中也發現不少問題。首先當然是螢幕更新率的問題，先前也提過目前電視的更新率是每秒30幀，而螢幕的更新率較高可達60幀以上。再者是連接線材需要符合一定的規範，且目前的螢幕可能透過雙HDMI合併的方式拼出4K解析度的影像。若碰到CrossFire或是SLI這類複雜的運算方式，就有可能讓顯示出現問題。目前獨顯當中，不保證所有顯卡都能完美地輸出4K訊號，不少產品都會碰到影像閃爍、影像顯示不正常等問題。所幸目前4K還算是開發階段，也不是當今的主流產品，但若是想要嚐鮮的玩家，買之前還是要審慎考慮。在Battlefield 4測試中，即便是GTX 780 Ti這類高階卡，碰到4K解析度、高特效環境還是相當吃力，且效能會隨著特效強度增加而大幅衰減。以單張GTX 780 Ti的情況來說，在系統設定的最高特效環境下，平均FPS約為34幀，瞬間最高約為40幀，最低則是15幀左右。以最高特效的Battlefield 4來說，用高階卡玩遊戲稱不上順暢，尤其是碰到爆破、陰影複雜的場景更為明顯。但若將特效降低到「高」，此時平均FPS就會從34幀提升到53幀，此時流暢度表現就有一定的水準。單張卡未必不能順順地跑Battlefield 4，就看特效強度而定。不過最高階的GTX 780 Ti才有這樣的水準，若降低到GTX 770等中階卡表現就肯定不怎樣。單張顯卡搞不定最高的特效強度，簡單的方法就是再加顯卡。AMD的CrossFire與NVIDIA的SLI顯示卡串連技術行之有年，簡單說就是讓2張顯卡透過AFR、SFR、AFR of SFR等模式，共同輸出影像。這也是目前最快突破效能極限的方式，但串連數量越多耗損越高，2張顯卡的效能約只有單卡的1.5～1.8倍左右，無法達到理論上的「1+1=2」。編輯部找來2張GTX 780 Ti，想看看透過SLI是否能打破4K的極限。還好測試結果不錯，2張GTX 780 Ti足夠應付4K解析度且特效最高的環境。平均FPS約為58幀，是單卡效能的1.7倍。若將特效逐步降低到高、中等、低，平均FPS會提升到85、110、135幀。分別是單卡效能的1.6、1.52、1.55倍，不難看出特效強度越高SLI的效率較高。AFR是Alternate Frame Rendering的簡稱，中文可譯為交替框架渲染。顧名思義就是將遊戲的Frame（幀）分為奇數與偶數幀，並依序將奇數交由GPU A負責運算，而偶數交給GPU B運算。SFR是Split Frame Rendering的縮寫，中文為分割框架渲染。將畫面分割為上下或左右，分別由GPU A與GPU B運算，缺點是運算量難以平衡。另外亦有AFR of SFR的混合模式，大多應用於超過2個GPU的多重GPU環境。假設有4個GPU，運算方式是將Frame分為奇數與偶數，奇數的Frame再使用SFR技術切割，分別由GPU A與GPU B運算。 先前在GTX 780對決R9 290X測試中，可看到R9 290X領先幅度有限，碰上規格大幅提升的GTX 780 Ti贏面就更小。在Unigine Heaven 4.0測試中，開啟Tessellation與8倍AA（Anti Aliasing）時，GTX 780 Ti與R9 290X的平均FPS分別為71.8幀與64.1幀，前者領先幅度為12%，差距相當明顯。若與自家GTX TITAN、GTX 780相比，GTX 780 Ti也有明顯的領先空間。同樣環境中領先GTX TITAN約5.1%，領先公板GTX 780約14.6%。以GTX 780 Ti的狀況來看，GPU應該還有超頻空間，但核心規格已經到了極限。萬一AMD祭出更高階的顯卡，NVIDIA除了端出Maxwell架構來應戰外，就只能推出超頻的GTX 780 Ti Boost了。話雖如此，AMD短期內應該不會推出新架構，雙方的高階卡戰爭應該會暫時落幕，再來就是透過價格來調整產品性價比。效能領先是預料中的情況，更值得關注的是核心規模增加後，電力效率與溫控的表現。GTX 780 Ti若與GTX 780相比，GPU閒置溫度分別為37度與34度，FurMark滿載時GPU溫度則分別提升到87度與83度。可看出完整版GK 110在溫度方面明顯高於精簡版，但若考量到溫度與效能提升的幅度，這筆交換還是非常划算。至於耗電量部分若搭配Core i7-2600K測試，閒置平台功耗約為63W，FurMark滿載則是357W，滿載耗電量意外地微幅低於GTX 780，推測可能是B1版本電路最佳化的原因。到了最現實的時候，GTX 780 Ti要價22,000～26,000元之間，AMD最直接的對手R9 290X則是20,000～23,000元之間。若同以價格最高的華碩公板卡而言，GTX 780 Ti比R9 290X貴了約3000元，換算成幅度的話則是貴了13%。看到這裡應該會很難抉擇，因為價格落差與效能落差幾乎相當，13%的成本換來多12%的效能，選誰都沒有太大的優勢，兩者性價比旗鼓相當。但若預算充足要衝高階卡，GTX 780 Ti無庸置疑是當下的唯一選擇。但若預算在20,000元上下，GTX 780與R9 290X就不是很好選擇，畢竟兩者的價差與效能差距並不很大。或許是GPU發展重心轉移之故，近年GPU研發速度不如以往，截至目前為止，NVIDIA仍沒有打算推出GTX 760以下的中低階卡。至於AMD方面也是類似的情況，雖說R7、R9看似新產品，但除了R9 290X以外大多是舊核心充當的顯卡，實質上仍是舊產品居多。繼Fermi、Kepler架構之後，下一個登場的是Maxwell將預計於2014年上市。若NVIDIA有意推出GTX 760以下的顯卡，或許Maxwell的發表時程得延後到2014下半年。好消息是Maxwell架構仍維持台積電的28nm製程，且會搭配Unified Virtual Memory技術，可讓GPU調配系統記憶體，讓顯示記憶體與系統記憶體並存使用。由於製程未改變，就能期待在設計上不會有額外的疑難雜症。但壞消息是，製程未改變很難期待會有突破性的效能增長，只能期待在架構上最佳化，還有新推出的Unified Virtual Memory技術。4K應該會是這2年最重要的科技議題，不論是行動裝置或是零組件皆是如此。現階段來看，對應4K的技術與硬體都不算成熟，能夠使用但還是有不少疑難雜症得解決，不像Fill HD螢幕一樣隨便找條線、找張卡，直接插上去就能用。4K解析度約為目前主流的4倍，但過去的經驗告訴我們，解析度對效能的影像略低於特效強度，事實上也是如此，即便是4K遊戲，特效仍是掌握流暢度的關鍵，關閉多數特效還是可以在4K解析度下順暢執行。現在4K螢幕選擇性少，且硬體搭配上還是有不少問題，看影片問題或許會比較少，但若是要玩遊戲還得考量顯卡支援度、遊戲支援度等問題。建議若對於4K螢幕有興趣，可以先觀察做些功課，但暫時先不要買，周邊全都號稱「4K Ready」之後再進場才是正解。GK 110核心全圖▲標準的GK 110共計有15組SMX，內含2880個CUDA Core。在GeForce產品線中僅有GTX TITAN、GTX 780 Ti、GTX 780搭載GK 110核心，但只有GTX 780 Ti使用的GK 110-425-B1是完整版，其餘都是經過刪減SMX等單元的精簡版本。SMX數量影響效能▲SMX內含單精度、雙精度、特殊功能、載入/儲存等單元，還有排程的Warp Scheduler。一般都是藉由刪減SMX，達到顯卡分級的目的。舉例來說，GTX 780 Ti未刪減SMX共有15組，GTX TITAN則是14組，GTX 780則有13組。SMX內含大量基本運算單元，因此數量會決定GPU的效能表現。但不同世代、等級的SMX配置可能會有所差異，只有同系列像是GK 110之間、GK 104之間才能互相比較。▲特效會影響GTX 780 Ti與R9 290X的落差，強度越高GTX 780 Ti領先幅度越明顯。▲3DMark測試中，測試一與測試二的效能都與R9 290X相當。▲開啟高強度的特效後，可看出GTX 780 Ti與R9 290X的落差約12%。▲關閉AA後效能落差大幅縮減，對於中輕度遊戲來說GTX 780 Ti較難發揮。▲4K測試中，雙卡效能約為單卡的1.5～1.7倍，除最高特效外，都有一定的流暢度。 ▲核心仍採用台積電28nm製程，是Kepler架構中規格最完整的核心。▲輸出介面與GTX 780完全相同，4K解析度可透過DVI與HDMI合併輸出。▲供電模組使用6+2相配置，搭配立隆電容、Panasonic電容等用料。▲PWM晶片是NCP4206，支援6+2相電源管理，底下是獨立的PCB。▲記憶體顆粒是採用Hynix的產品，GPU旁共計12顆容量為3GB。▲GTX 780 Ti仍配置2組金手指，最多可4張顯卡串連。▲供電介面是6+8pin配置，實際功耗與GTX 780差異不大。▲除了GPU散熱外，記憶體顆粒也有貼片可傳導廢熱到散熱片上。▲散熱器有2條電源線，其一是風扇使用，另外則是用於LED燈號。

GeForce GTX 780 Ti 完全拆解